汽車駕駛員電磁緩沖防撞裝置設(shè)計(jì)

胡瑞明

（河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車工程系，河南 鶴壁 458030）

汽車安全是汽車性能的重要指標(biāo)，各國都在提高汽車的安全性能。汽車安全有主動(dòng)安全和被動(dòng)安全之分，各個(gè)國家對(duì)主動(dòng)安全的研究都在不斷提升，大大提高了汽車安全性，降低了安全事故。同時(shí)，對(duì)汽車被動(dòng)安全的研究也是社會(huì)的研究熱點(diǎn)，如何降低車內(nèi)人身的再次傷害成了社會(huì)的主要焦點(diǎn)。對(duì)于駕駛員的安全不容忽視，當(dāng)車輛發(fā)生嚴(yán)重碰撞時(shí)，如何更好地保護(hù)駕駛員的安全尤為重要。目前，對(duì)于駕駛員的安全主要是安全氣囊，這對(duì)駕駛員大大提高了安全性，但同時(shí)安全氣囊的瞬間爆發(fā)性對(duì)駕駛員的傷害也不容忽視。本文主要是為了解決這個(gè)問題而進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用電磁力的緩沖，更好地保護(hù)駕駛員，避免再次傷害。

1 設(shè)計(jì)部分

1.1 總體結(jié)構(gòu)

汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)（圖1）包括碰撞傳感器、處理器、車載電源、安全帶超導(dǎo)線圈、轉(zhuǎn)向盤超導(dǎo)線圈，利用電流流過電磁線圈產(chǎn)生電磁力，同極性電磁力互相排斥的原理，達(dá)到緩沖并防止駕駛員身體上部碰撞轉(zhuǎn)向盤。

本設(shè)計(jì)處理器采用ECU電子控制單元，碰撞傳感器采用碰撞烈度傳感器，車載電源采用汽車蓄電池，安全帶超導(dǎo)線圈、轉(zhuǎn)向盤超導(dǎo)線圈均采用超導(dǎo)磁體線圈。

圖1 電磁緩沖防撞系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 結(jié)構(gòu)說明

處理器采用ECU電子控制單元。ECU由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，處理器采集傳感器傳過來的信息進(jìn)行分析、計(jì)算、處理，然后進(jìn)行輸出，控制外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖2為處理器的連接原理圖。

圖2 處理器的連接原理圖

碰撞傳感器采用碰撞烈度傳感器。碰撞傳感器用于檢測(cè)汽車受碰撞程度，該傳感器按安裝位置分為：左前碰撞傳感器、右前碰撞傳感器和中央碰撞傳感器。

碰撞傳感器的輸出端連接著處理器的輸入端，碰撞傳感器用于檢測(cè)車輛是否發(fā)生碰撞，檢測(cè)到碰撞信號(hào)通過P1.7口傳送到處理器。碰撞傳感器原理圖如圖3所示。

車載電源的輸出端連接著處理器的輸入端，車載電源通過車載蓄電池為處理器進(jìn)行供電，車載電源通過VCC進(jìn)行供電。圖4為車載電源原理圖。

圖3 碰撞傳感器原理圖

圖4 車載電源原理圖

處理器的輸出端連接著安全帶超導(dǎo)線圈的輸入端，處理器通過A1、A2口輸出信號(hào)到超導(dǎo)線圈（圖5），超導(dǎo)線圈中有電流流過，產(chǎn)生電磁力。

安全帶超導(dǎo)線圈、轉(zhuǎn)向盤超導(dǎo)線圈均采用超導(dǎo)磁體線圈。電磁力是一種非接觸力，其大小主要與電流、距離等因素有關(guān)，電磁力變化是非線性變化。距離越小，電磁力越大，成指數(shù)上升。當(dāng)車輛出現(xiàn)強(qiáng)烈碰撞時(shí)，線圈內(nèi)會(huì)流過強(qiáng)大的電流，人體向前傾，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，該力會(huì)緩沖人體和轉(zhuǎn)向盤的接觸，很大限度地防止人體直接接觸轉(zhuǎn)向盤而造成二次傷害。

圖5 超導(dǎo)線圈接線原理圖

2 工作原理

汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統(tǒng)的工作原理為：通過在轉(zhuǎn)向盤內(nèi)放置超導(dǎo)線圈，安全帶需要特殊設(shè)計(jì)，使正對(duì)轉(zhuǎn)向盤的安全帶部分內(nèi)置超導(dǎo)線圈，當(dāng)車輛車頭猛烈撞擊時(shí)，碰撞傳感器發(fā)出信號(hào)，信號(hào)傳遞到ECU中進(jìn)行處理，使轉(zhuǎn)向盤和安全帶內(nèi)的超導(dǎo)線圈通電，產(chǎn)生同極性磁場(chǎng)，互相排斥，使人身前傾緩沖，兩者越接近，排斥力越大，致使人體不碰撞到轉(zhuǎn)向盤，保護(hù)人身安全。

3 小結(jié)

本文利用電磁力的特性，結(jié)合汽車電子電路的設(shè)計(jì)，達(dá)到降低駕駛員的再次傷害，也避免了安全氣囊瞬間爆發(fā)性所帶來的二次傷害，提高了汽車的整體安全性。

［1］ 胡瑞明.汽車駕駛員電磁緩沖防撞系統(tǒng)裝置的研究［J］.黑龍江科技信息，2015（24）：5.

［2］ 吳建立，劉琴，王陽，等.電磁力在汽車主動(dòng)安全技術(shù)中的探究［J］.硅谷，2014（16）：117-118.

［3］ 何正威，李莽，王陽，等.汽車電磁防撞系統(tǒng)探究［J］.創(chuàng)新科技，2014（16）：90-91.